Java
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- さみ しどり
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1 JAIST Reposi Title 軽いハードウェアによる Java 高速化手法に関する研究 Author(s) 吉兼, 寛 Citation Issue Date Type Thesis or Dissertation Text version author URL Rights Description Supervisor: 田中清史, 情報科学研究科, 修士 Japan Advanced Institute of Science and
2 Java
3 Java : Copyright c 2004 by Yoshikane Hiroshi 2
4 Java Java Java Java 1350% 43 38%
5 Java Java Java (JavaVM) Java (ByteCode) Java (Java Exclusive Register FILE) i
6 ii
7 1 1.1 C Java Java Java Java Java Java Java Java JIT [1] [4] Java Java [2] Java Java CPU Java 3 Java Java 1
8 4 CPU
9 2 Java Java 2.1 Java Java JavaVM Java (Java ) ( 2.1) Java ( ) Java Java 3
10 Java Application Java Application Java Application Java Application JavaVM JavaVM JavaVM OS OS OS 2.1: Java (data) (method) (Abstraction) ( ) ( ) ( 2.2) (Inheritance) ( ) ( ) ( 2.3) (Encapsulation) 4
11 China Korea Country Class Japan 2.2: Car Class (Super Class) Truck Class (Sub Class) passage-car Class (Sub Class) 2.3: 5
12 Interface method A method A method B encapsulation method B Data Data 2.4: ( 2.4) (Polymorphism) Java CPU CPU Java Java Java Java 6
13 3 Java (JavaVM) Java Java Java, 3.1 Java Java ( 3.1). Java. (, ), 3.2 Java. ( 3.2) 3.2,ClassFile,Constant Pool info, 1 n,. 3 7
14 Java Java Java CPU CPU 3.1: Java 8
15 ClassFile magic number minor_version Constant_Pool_info tag info major_version constant_pool_count constant_pool access_flags this_class super_class interface_count field_info access_flags name_index descriptor_index attributes_count attribute interface fields_count fields methods_count methods attribute_count attribute method_info access_flags name_index descriptor_index attributes_count attribute attribute_info attribute_neme_index attribute_length info 3.2: 9
16 { Constant Pool[8] : Constant_Methodref_info tag Constant Pool[10] : Constant_NameAndType_info Constant Pool[3] : Constant_Class_info 3 23 Constant Pool[22] : Constant_Utf8_info 1 3 (I)V Constant Pool[21] : Constant_Utf8_info 1 3 write Constant Pool[23] : Constant_Utf8f_info 1 length Sample 3.3: Sample write ( 3.3) [] tag tag Java tag Java 10
17 Java Java 3.3,Java. 3 ( 3.4). ( ) ( ) (Java ) Java ClassLoader Java 11
18 Method Area Heap Area Class Loader Class Instance Class Instance Java Stack pc register Frame Frame Thread Operand Stack Operand Stack Local Variable Local Variable 3.4: Java Java [3] Java Java 12
19 Java Java Java Java Java Java Java Java pc pc Java pc 3.4 (ByteCode) Java Java Java Java Java Java invoke 13
20 Operand Stack Local Variable [ 0 ] [ 1 ] [ 2 ] iload_1 iload_2 iadd istore_1 3.5: new ( 3.5) //sample Bytecode iload_1 iload_2 iadd istore_1 1. iload 1 1 push 2. iload 2 iload 1 2 push 3. iadd pop push 4. istore
21 4 3 Java Java Java CPU Java Java ( ) Java Java 15
22 Java 3 Java CPU Java Java 4.2 Java (Java Exclusive Register FILE) Java (Java Exclusive Register FILE) ( 4.1) Java ( 4.2) OPSTP(Operand Stack Top Pointer) LVP(Local Valiable Pointer) Java (main ) OPSTP 0 LVP Java ( 31 ) OPSTP LVP Java Java OPSTP LVP 16
23 Java Excludive Register FILE : Java Java Excludive Register FILE OPSTP LVP 4.2: Java OPSTP,LVP 17
24 COP1 fmt 0 fs fd ABS : COP1 fmt sb fb JOpCode JOpCode : Java fb : 1 sb : 2 4.4: Java 4.3 Java Java MIPS[6] 4.3 MIPS Java ( 4.4) Java Java iload 1 aload 1 1 push Java Java if icmplt Java Java Java 4.1 Java 18
25 4.4 Java Java Java Java 4.5 Java 4.6 Java Java Java OPSTP LVP Java Java Java CPU Java ID jselect 1 ALU 1 jselect 2 ALU 2 jdop sig Destination EX 19
26 PCSrc M U X 4 PC Add Address Instruction memory IF/ID Control Unit JReg Write Read register 1 Read register 2 Write register Write data Reg Write Register Sign extecd ID/EX EX M WB Shift left 2 M U X RegDst EX/MEM WB M Add Add result Branch ALUSrc M U X ALU ALU Control Zero ALU result ALU Op Address Write data Mem Wirte Data Memory Read data Mem Read MEM/WB WB M U X Mem to Reg Instruction Instruction [15-0] Instruction [20-16] Instruction [15-11] Java Signal Java Java JReg select OPS_ shift EX M WB M U X M U X j_sig1 M U X 6 j_sig2 j_jdreg jmem _sig ALU_OP M Read jmem _sig Write M U X jmem word or byte WB WB 1 M U X 4.5: Java 20
27 OPS shift OPSTP ALU OP sig ALU j sig1 ALU 1 j sig2 ALU 2 j jdreg sig Destination j mem MEM jmem write sig jmem read sig jmem word or byte word byte WB JRegWrite sig JReg select Java select MemtoReg sig 21
28 ID/EX EX IF/ID From Control Unit From Normal Register M WB Java signal Instruction [4-0] Java Control Unit OPS_shift Add LVP Register OPSTP Register Java Reg[OPSTP - 3] Java Reg[OPSTP - 2] Java Reg[OPSTP - 1] Add Read register write write register data Java Exclusive Register M U X 0 jselect_1 M U X jselect_2 jreg_write Instruction [12-5] Instruction [20-13] jdop M U X From WB stage From EX stage 4.6: Java 22
29 4.4.2 Java Java CPU Java
30 4.1: Java JOpCode Java Jiconst fb Jistore fb Jiload fb Jiinc sb fb Jiadd Jislt fb Jiasw Jialw Jnmove fb Jimul Jidiv Jmove sb 24
31 5, Java CPU Java CPU. Java,. 5.1 Java 4 Java 5.1 Java Java 1. pc pc 4. 1 istore 2 //istore_2 Bytecode Instruction $L286: lw $2,608($fp) lw $3,8($2) addi $2,$3,8 lw $3,608($fp) lw $4,4($3) addi $3,$4,-4 lw $4,0($3) 25
32 sw $4,0($2) lw $3,608($fp) lw $2,608($fp) lw $4,4($3) addi $3,$4,-4 lw $3,4($2) b $L206 Java 14 Java //istore_2 Bytecode Instruction $L286: jistore 2 b $L206 3 iastore //iastore Bytecode Instruction $L287: lw $2,608($fp) lw $3,4($2) addi $2,$3,-4 lw $3,0($2) sw $3,16($fp) lw $2,608($fp) lw $3,4($2) addi $3,$4,-8 lw $3,0($2) sw $3,20($fp) lw $2,608($fp) lw $3,4($2) addi $2,$3,-12 lw $3,0($2) sw $3,592($fp) 26
33 lw $2,592($fp) lw $3,20($fp) move $4,$3 sll $3,$4,2 lw $4,0($2) addu $3,$4,$4 lw $3,16($fp) sw $3,0($2) lw $3,608($fp) lw $2,608($fp) lw $4,4($3) addi $3,$4,-12 sw $3,4($2) b $L206 Java //iastore Bytecode Instruction $L287: jiasw b $L206 Java 2 istore 2 iastore ( ) Java 1350% % 2 Java iload Java
34 5.1: (1) ByteCode ( ) (%) Normal Java Exclusive nop iconst m iconst iconst iconst iconst iconst iconst bipush iload aload iload iload iload iload aload aload aload aload iaload istore astore istore istore istore istore
35 5.2: (2) ByteCode ( ) (%) Normal Java Exclusive astore astore astore astore iastore iadd isub imul idiv irem ishl ishr iushr iand ior ixor iinc if icmpl goto return newarray
36 pc 5.1: 30
37 Java Java main C Java (MIPS ) Forwading Unit Hazard Detection Unit Write Back way 4-way 32byte 1cycle 10cycle Java Java 5.3 Java 5.3: inner product.java(livermore Loops code) banded linear euations.java(livermore Loops code) tri-diagonal elimination.java(livermore Loops code) first sum.java(livermore Loops code) first difference.java(livermore Loops code) 31
38 5.4: (cycle) (%) Normal Java Exclusive inner product.java(livermore Loops code) banded linear euations.java(livermore Loops code) tri-diagonal elimination.java(livermore Loops code) first sum.java(livermore Loops code) first difference.java(livermore Loops code) (Normal) (Java Exclusive) 43.38% 37.06% 36.69% Java pc Java Java 5.5 (Normal) (Java Exclusive) (MIPS) Java (Java) Java (Total) Java
39 5.5: Normal Java Exclusive MIPS Java Total inner product.java banded linear euations.java tri-diagonal elimination.java first sum.java first difference.java : Java (1) Jiconst Jistore Jiload Jiinc Jiadd Jislt inner product.java banded linear euations.java tri-diagonal elimination.java first sum.java first difference.java Java Java CPU 33
40 5.7: Java (2) Jiastore Jiaload Jnmove Jisub Jimul inner product.java banded linear euations.java tri-diagonal elimination.java first sum.java first difference.java
41 6 Java JIT JIT [8] Java JIT Java peephole quick JIT 35
42 Java Java [7] Java C Java Java C Java C Java Java 36
43 7 7.1 Java Java Java Java Java Java Java Java Java 3. Java Java Java 37
44 3 Java Java Java 4 38
45 [1] T.Wilkinson, KAFFE v0.5.5-a JIT and interpreting virtual machine to run Java code, October [2] M.O Connor, M.Tremblay, picojava-i : The Java virtual machine hardware, IEEE Micro,pp.45-53, March-April [3] T.Lindholm, F.Yellin, The Java Virtual Machine Specification(2nd Ed), Addison- Wesley, [4] Java Hotspot performance engine, [5] J.Meyer, T.Downing, JAVA Virtual Machine The JAVA SERIES(tm), 1997 [6] MIPS Technologies, Inc, MIPS64(TM) Architecture For Programmers Volume 2: The MIPS64(TM) Instruction Set, March 12, 2001 [7], Java Virtual Machine, CPSY March 2001 [8], JavaJIT, 96-ARC- 120 pp November 31,
46 40
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